一种多级超重力水合物生成装置及方法

本发明涉及水合物生成，具体涉及一种多级超重力水合物生成装置及方法。

背景技术：

1、水合物的生成过程实质上是一个传质现象，超重力旋转填充床是一种新型的工业反应器类型，利用高速旋转的填料床产生的强大离心力(或超重力)，使液体不断分散、破碎形成更大且不断更新的表面，气液充分接触从而得到较好的传热传质效果。可大幅度减小设备体积，降低投资。减少了液泛的倾向，以及抵抗中等扰动和倾斜。填料层具有一定程度的自清洁作用，填料内不易结垢堵塞。

2、在转子内缘，液体具有径向速度这段区域称为端效应区，液体完全丧失径向速度做周向运动这段区域称为主体区，转子外的传质区域称为空腔区。在端效应区，入口液体在接触填料前的周向速度为零，而填料内边缘存在周向速度。如此大的相对周向速度在液体和填料之间引起了强烈的撞击。由于撞击形成了非常小的液滴，并且端效应区持液率较高，因此产生了巨大的界面面积。这些因素导致端效应区传质效果优于主体区的传质效果。

3、对于传统的气液逆流型超重力旋转填充床，高速的旋转会使得液体在设备内的停留时间很短，反应时间短影响了传质或者化学反应的最终效果。此外，旋转填充床的端效应区只集中在填料内圈，主体区传质效率相对来说不高。这些因素限制了旋转填充床传质效果的进一步提高。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种多级超重力水合物生成装置及方法，增加了气液停留时间，增强了传质效果，且结构简单。

2、本发明的技术方案如下：

3、在本发明的第一方面，提供一种多级超重力水合物生成装置，包括壳体，所述壳体内的上部设置填料，下部设置折流式转子，所述填料为环形结构，填料的内圈设置内部喷淋管，填料的外圈设置外部喷淋管；所述折流式转子包括动盘和静盘，所述动盘和静盘上均设置多个环形折流板，动盘上的环形折流板和静盘上的折流板相互嵌套；其中，填料和动盘设置在转轴上，在转轴的带动下进行旋转；所述壳体的顶部设置气体出口，底部设置液体出口，与折流式转子相对的壳体侧壁上设置气体入口。

4、在本发明的一些实施方式中，所述内部喷淋管和外部喷淋管至少设置两根并且对称设置，所述内部喷淋管和外部喷淋管与填料相对的位置设置多个喷头。

5、在本发明的一些实施方式中，所述内部喷淋管设置在壳体顶部的气体排出管内，所述外部喷淋管设置在壳体的侧壁上。

6、在本发明的一些实施方式中，所述填料设置在上填料夹板和下填料夹板之间，且上填料夹板通过密封组件与壳体的内壁面进行密封。

7、在本发明的一些实施方式中，所述转轴设置在壳体内的中心位置，并穿过壳体的底部与电机相连，转轴和壳体底部通过密封组件进行密封。

8、在本发明的一些实施方式中，所述填料设置在转轴的顶部，动盘设置在转轴的侧壁上。

9、在本发明的一些实施方式中，所述静盘固定在壳体的内壁上。

10、在本发明的一些实施方式中，所述填料采用丝网填料或者泡沫镍填料。

11、在本发明的一些实施方式中，所述静盘的上表面和壳体内腔的下表面倾斜一定的角度。

12、在本发明的第二方面，提供了一种多级超重力水合物生成方法，包括以下步骤：

13、将装置浸泡在冷却液中，液体分别由内部喷淋管以及外部喷淋管引入，经喷头分别喷射到填料内圆周面和外圆周面上；在离心力的作用下，最终流向填料层外缘；然后在重力的作用下经静盘上表面流入动盘内圈，在离心力的作用下由动盘外圈甩出，最后由液体出口引出；气体由气体入口引入装置，在气体压力的作用下由动盘外圈流向内圈，再由填料外侧流向填料中心，最后由气体出口引出。

14、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

15、(1)本发明的水合物生成装置，通过将需要喷淋管维持液体分布均匀的旋转填充床与无需喷淋管的折流式旋转床相结合，气体和液体均经过了填料和折流式转子，增加了气液停留时间，增强了传质效果，且结构简单，降低了压降与功耗。

16、(2)本发明的水合物生成装置，在旋转填充床外部空腔区增加了外部喷淋管，由填料外向填料内喷淋液体，将填料外圈部分由主体区转变成端效应区，一方面填料外圈周向速度更大，另一方面增加了填料外圈的持液率。进一步降低了旋转填充床的液侧传质阻力，提高了传质效率。

17、(3)本发明的水合物生成装置，液体在装置内经历了多次分散—聚集的过程，在此过程中，液体以极其细微的液滴甩离动盘，高速运动的液滴在静盘上被碰撞、剪切和飞溅，在旋转离心力的作用下形成了比表面积极大而又不断更新的气液界面，因此具有极高的传质速率，提高了传质效率。

技术特征：

1.一种多级超重力水合物生成装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体内的上部设置填料，下部设置折流式转子，所述填料为环形结构，填料的内圈设置内部喷淋管，填料的外圈设置外部喷淋管；所述折流式转子包括动盘和静盘，所述动盘和静盘上均设置多个环形折流板，动盘上的环形折流板和静盘上的折流板相互嵌套；其中，填料和动盘设置在转轴上，在转轴的带动下进行旋转；所述壳体的顶部设置气体出口，底部设置液体出口，与折流式转子相对的壳体侧壁上设置气体入口。

2.如权利要求1所述的多级超重力水合物生成装置，其特征在于，所述内部喷淋管和外部喷淋管至少设置两根并且对称设置，所述内部喷淋管和外部喷淋管与填料相对的位置设置多个喷头。

3.如权利要求2所述的多级超重力水合物生成装置，其特征在于，所述内部喷淋管设置在壳体顶部的气体排出管内，所述外部喷淋管设置在壳体的侧壁上。

4.如权利要求1所述的多级超重力水合物生成装置，其特征在于，所述填料设置在上填料夹板和下填料夹板之间，且上填料夹板通过密封组件与壳体的内壁面进行密封。

5.如权利要求1所述的多级超重力水合物生成装置，其特征在于，所述转轴设置在壳体内的中心位置，并穿过壳体的底部与电机相连，转轴和壳体底部通过密封组件进行密封。

6.如权利要求5所述的多级超重力水合物生成装置，其特征在于，所述填料设置在转轴的顶部，动盘设置在转轴的侧壁上。

7.如权利要求1所述的多级超重力水合物生成装置，其特征在于，所述静盘固定在壳体的内壁上。

8.如权利要求1所述的多级超重力水合物生成装置，其特征在于，所述填料采用丝网填料或者泡沫镍填料。

9.如权利要求1所述的多级超重力水合物生成装置，其特征在于，所述静盘的上表面和壳体内腔的下表面倾斜一定的角度。

10.一种多级超重力水合物生成方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的装置来实现，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种多级超重力水合物生成装置及方法，所述装置包括壳体，所述壳体内的上部设置填料，下部设置折流式转子，所述填料为环形结构，填料的内圈设置内部喷淋管，填料的外圈设置外部喷淋管；所述折流式转子包括动盘和静盘，所述动盘和静盘上均设置多个环形折流板，动盘上的环形折流板和静盘上的折流板相互嵌套；其中，填料和动盘设置在转轴上，在转轴的带动下进行旋转；所述壳体的顶部设置气体出口，底部设置液体出口，与折流式转子相对的壳体侧壁上设置气体入口；本发明通过将旋转填充床与折流式旋转床相结合，在发生水合物生成反应时，气体和液体均经过了填料和折流式转子，增加了气液停留时间，增强了传质效果，且结构简单。

技术研发人员：朱建鲁,李玉星,韩辉,李楠,胡其会,王武昌,刘翠伟
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13